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격자구조(Grid Structure)의 열가소성 복합재 부품소개

by composites posted Apr 11, 2017

Grid structures with thermoplastics


 이 부품에는 항공 구조 응용 분야에서 많이 볼 수 있는 일반적인 격자로 보강 된 패널이 있는데 높은 치수 정확도와 결합 된 구조의 높은 강성 및 강도 성능이 요구된다.

열가소성 복합 재료 인서트는 TenCate Cetex TC1225 엔지니어링 탄소 섬유 / PAEK 사전 압착된(Pre-Consolidated) 시트를 사용하여 프레스 성형 한 다음 Victrex PEEK90HMF40으로 오버 몰드 처리했습니다. 복합 재료의 상대적으로 낮은 용융 온도는 적당한 삽입 온도에서 PEEK로 오버 몰딩을 가능하게 하면 주입 시 가해지는 열에 의해 고체 인서트 표면이 용융되어 2단계 오버몰딩이 가능하게 된다.

오버 몰딩 공정은 프레스 성형과 사출 성형을 결합한 공정으로서 상대적으로 단순한 형상의 연속 섬유 강화 쉘을 복잡한 사출 성형 그리드로 보강한 것이다. 그러나 사출 성형을 위한 공구 디자인은 복잡하고 연속 섬유 강화 열가소성 수지와 결합 될 때 더욱 어려워지는 단점이 있다. 따라서 본 부품에 있어서는 오버 몰딩 프로세스의 기본 메커니즘에 대한 실험적 검증 및 모델링 작업을 수행하고 Autodesk Moldflow와 결합 된 열 성형 소프트웨어 패키지 (AniForm)를 사용하여 수치 해석 모델로 변환하여 공정 강도로 인한 잔류 응력에 의한 인터페이스 강도 및 뒤틀림을 예측하였다. 


출처:  http://www.compositesportal.com/news/grid-structures-with-thermoplastics-10089.html


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Grid structures with thermoplastics

The Thermoplastic Composites Research Center (TPRC, Enschede, The Netherlands) reports that it has successfully closed a two-year collaborative project on the overmolding of thermoplastic composites with the design and manufacture of an advanced demonstrator part. The part was realized as the result of collaboration between TPRC, its members and companies contributing from different areas of expertise: Autodesk, Harper Engineering Co., KraussMaffei, Safran S.A., Samvardhana Motherson Peguform (SMP) and Victrex PLC.


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The part features a typical grid-stiffened panel that can be found in larger numbers in aerostructure applications. The stiffness and strength performance combined with extreme dimensional accuracy puts high demands on the manufacturing process.
The thermoplastic composite insert was press-formed using TenCate Cetex TC1225 engineered carbon fiber/PAEK pre-consolidated sheets and subsequently overmolded with Victrex PEEK90HMF40. The relatively low melting temperature of the composite material enables overmolding with PEEK at moderate insert temperature. The heat of the injected polymer is used to melt the surface of the solid insert upon contact. TPRC says this makes the material combination suitable for a two-step overmolding process.
The overmolding process combines press-forming and injection molding: A continuous fiber-reinforced shell with relatively simple geometry was stiffened with a complex injection molded grid. However, tool design for injection molding is complex, and becomes even more challenging when the process is combined with continuous fiber-reinforced thermoplastics.
TPRC researchers Mark Bouwman, Thijs Donderwinkel and Jeroen Houwers worked on the experimental validation and modelling of the mechanisms underlying the overmolding process. They translated these to numerical models using a thermoforming software package (AniForm) combined with Autodesk Moldflow to predict interface strength and warpage caused by process-induced residual stresses.


기술동향 - 재료 및 공정

첨단복합재료와 공정기술

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